DE3311250A1

DE3311250A1 - Vorrichtung fuer elektromagnetisch arbeitende stelleinrichtungen

Info

Publication number: DE3311250A1
Application number: DE19833311250
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 5100 Aachen Kreuter; Franz Prof. Dr.Techn. Pischinger
Original assignee: FEV FORSCHUNGSGESELLSCHAFT fur ENERGIETECHNIK und VERBRENNUNGSMOTOREN MBH; Fev Forsch Energietech Verbr; Fev Forschungsgesellschaft Fuer Energietechnik und Verbrennungsmotoren Mbh 5100 Aachen
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 1983-03-28
Filing date: 1983-03-28
Publication date: 1984-10-11
Also published as: BR8401405A; GB2137420A; IT8447934A0; GB8407891D0; GB2137420B; DE3311250C2; JPS59211203A; IT8447934A1; FR2543651B1; FR2543651A1; JPH0377646B2; IT1177615B

Description

Vorrichtung für elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtungen

Die Erfindung betrifft elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtungen, bei denen ein Feder-Masse-System in den jeweiligen Endpositionen der maximalen Schwingungsauslenkung..durch Elektromagnete gehalten werden kann, so daß sich mindestens zwei diskrete Schaltpositionen ergeben, wobei die Verweildauer in den Schaltpositionen durch beliebige Erregungsdauer der Elektromagnete gesteuert werden kann.

Stelleinrichtungen dieser Art müssen sehr genau eingestellt werden, wenn Fertigungstoleranzen, Wärmeausdehnung, Verschleiß usw. nicht zum Funktionsausfall führen sollen, der dadurch eintreten kann, daß das betätigte Steuerelement,, wie z.B. Ventil im Sitz, und der Betätigungsmechanismus, wie z.B. Anker auf Elektromagnet, nicht gemeinsam ihre funktionserfüllenden Schaltpositionen einnehmen.

In diesem Zusammenhang ist in DE-PS 23 35 150 vorgesehen, daß sich innerhalb der Übertragungsglieder zwischen Betätigungsmechanismus und Ventil ein Spiel einstellt, so daß für die Schließeinrichtung der Anker am Elektromagneten und gleichzeitig das Ventil im Sitz anliegen. Das Aufschlagen des Ankers auf den Elektromagneten wird durch Tellerfedern abgefangen, die gegen Ende des jeweiligen Hubes zusammengedrückt werden. In DE-OS 30 24 109 wird vorgeschlagen, daß eine elastische Verbindung zwischen Ventilschaft und Anker den erforderlichen Längenausgleich vornimmt, wobei gleichzeitig eine gewisse Dämpfung des Aufschlages des Ankers auf den Magneten vorgenommen wird.

Um hohe mechanische Beanspruchungen an Kontaktflächen, Ge- ;. räuschanregungen und Prellen beim Auftreffen relativ zueinander bewegter Bauteile zu vermeiden, werden in Verbindung mit Elektromagneten Bauteile angewendet, die eine pneumatische Dämpfung während des gesamten oder nur eines Teils des Bewegungsvorganges durch Volumenänderungsarbeit an einem eingeschlossenen Gasvolumen realisieren. Dabei werden in der Regel spezielle zusätzliche Bauteile verwendet, die nicht unmittelbar zum Elektromagneten gehören.

Zur Erfüllung ihrer Aufgabe werden sie direkt oder indirekt mit den entsprechenden Bauteilen des Elektromagneten verbunden, so daß sie die Relativbewegung der Bauteile des Elektromagneten zueinander in den gewünschten Bereichen des Bewegungsvorganges dämpfen können. In der Patentschrift 1055091 ist eine Ausführung eines Elektromagneten mit einem zusätzlichen Dämpfer dargestellt. Dabei wird die Aufgabe der Dämpfung durch einen mit dem Anker fest verbundenen Balg übernommen , der gegen Ende des Bewegungsvorganges durch Auftreffen auf Anschläge zusammengedrückt wird, so daß die eingeschlossene Luft komprimiert wird und über eine öffnung abströmt, so daß die vorgesehene Dämpfung gegen Ende des Bewegungsvorganges erreicht wird.

Diese Art der Realisierung der Dämpfung durch zusätzliche Bauteile erfordert einen zusätzlichen Bauaufwand durch die Dämpfer, durch die übertragungsglieder für die Bewegung und für die Arretierung der beteiligten Teile zuneinander.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gedämpftes Auftreffen des Ankers auf dem Magneten und gleichzeitig ein gedämpftes Aufsetzen des betätigten Steuerelements in einer oder in mehreren Schaltpositionen zu erreichen, wobei die jeweilige Position genau erreicht werden soll. Zusätzlich

sollen der Bauaufwand, der Raumbedarf und die Anzahl der bewegten Teile reduziert sowie die Funktionssicherheit gesteigert werden, indem eine exakte Justierung der Stellvorrichtung in bezug auf die Endposition der bewegten Teile selbständig vorgenommen wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Anker und Elektromagnet ein Gasvolumen eingeschlossen wird, wobei ein abgeschlossener Raum durch elastische Elemente oder durch feststehende Wände mit sehr geringen Spalten der bewegten Teile gegenüber den festen Teilen erst kurz vor Erreichen der Schaltpositionen gebildet wird. Das eingeschlossene Gasvolumen kann bei Anwendung von festen Wänden zur Begrenzung des Gasvolumens im Mantelbereich durch entsprechende Spalte zwischen bewegten und unbewegten Teilen entweichen. Bei Anwendung elastischer Elemente zur Begrenzung des Gasvolumens im Mantelbereich sind Abblaseöffnungen im Anker, im Magneten oder in den elastischen Dichtelementen erforderlich. Das Abströmen des komprimierten Gasvolumens durch die Abblaseöffnungen bewirkt durch Energieumwandlung ein gedämpftes Erreichen der Schaltpositionen des Ankers auf den Elektromagneten. Diese gedämpfte Bewegung des Ankers wird durch eine form- bzw. kraftschlüssige Verbindung zwischen Anker und Ventil auf das Ventil übertragen. Durch die Verwendung entsprechender Bauelemente wird sichergestellt, daß die Annäherung des Ventils an den Sitz nahezu gleichartig verläuft wie die Annäherung des Ankers an den Elektromagneten. Die Bauelemente nehmen dabei die erfindungsgemäße erforderliche Positionierung entweder eines oder beider Elektromagnete gegenüber dem Ventilsitz oder die Positionierung des Ankers gegenüber dem Ventilteller bei feststehenden Elektromagneten durch entsprechende Anordnungen vor und gleichen dadurch Fertigungstoleranzen, Wärmeausdehnung und Verschleiß aus.

^vDie mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß alle bewegten Teile der Stellvorrichtung gedämpft in ihre Schaltpositionen gelangen, so daß eine Geräuschanregung weitgehend vermieden und mechanische Beanspruchungen deutlich verringert werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Dämpfungsfunktion innerhalb des im Elektromagneten vorhandenen Bauraumes realisiert und gleichzeitig der Bauaufwand für die Dämpfungsfunktion reduziert werden kann. Außerdem ist weder bei der Montage noch bei der Wartung eine Justierung der Stelleinrichtung erforderlich. Während des Betriebes werden Längenänderungen der betätigten Stellglieder oder der Stellvorrichtung infolge Wärmeausdehnung selbsttätig kompensiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2-4 zeigen in ähnlicher Darstellung weitere Ausführungsbeispiele.

Fig. 5 und 6 zeigen bevorzugte Ausführungsformen von Längenausgleichselementen gemäß der Erfindung.

Fig. 7 und 8 zeigen Teildarstellungen bevorzugter Ausführungsformen der elektromagnetischen Stelleinrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 9 und 10 zeigen Einzelheiten weiterer bevorzugter Ausgestaltungen von Längenausgleichselementen gemäß der Erfindung.

Figur 1 zeigt beispielhaft eine elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung mit den Elektromagneten 1 und 2 und deren Spulen 3 und 4 sowie den Spulenabdeckungen 5 und 6. Der Elektromagnet 2 ist mit dem Gehäuse 7 fest verbunden, während der Elektromagnet 1 gemeinsam mit der pneumatischen Vorspannvorrichtung, bestehend aus dem Zylinder 8 und dem Kolben Br im Gehäuse 7 geführt ist und axiale Bewegungen zwischen den Anschlägen 10 und 11 ausführen kann. Das Ventil 12 wird in der Ventilführung 13, die fest mit dem Gehäuse 7 verbunden ist, geführt. Die Feder 14 ist in konventioneller Weise über den Federteller 15 und die Ventilkegelstücke 16 mit dem Ventil 12» verbunden. Der Anker 17 ist durch die Ankerführung 18 mit dem Schaftende des Ventils 12 durch die Feder 19, die sich am Kolben 9 der Vorspanneinrichtung abstützt, über die Zentrierscheibe.20 kraftschlüssig verbunden. Die Positionierung des Elektromagneten 1 zusammen mit der Vorspanneinrichtung wird durch das zweiseitig wirkende Längenausgleichselement 21 vorgenommen. Das Längenausgleichselement 21 ist mit einer Schraube 22 gehäusefest verbunden, während der Bund 23 des vertikal bewegbaren Kolbens 24 über eine Schraubhülse 25 über den Zylinder 8 an dem Elektromagneten 1 be- · festigt ist, so daß die Längenänderungen des Stellgliedes auf das Längenausgleichselement übertragen werden. Der formschlüssige Einbau des Längenausgleichselementes ermöglicht sowohl die übertragung von Druck- als auch von Zugkräften.

Figur 2 zeigt eine elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung, mit einem einseitig wirkenden Längenausgleichselement 26 zur Positionierung des Elektromagneten 1. Das Längenausgleichselement·26 wird in die zylindrische Vertiefung des Zylinders 8 der Vorspanneinrichtung eingelegt und durch den Deckel 27 gehalten. Der kraftschlüssige Einbau erlaubt nur die übertragung von Druckkräften.

Figur 3 zeigt eine elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung mit einem zweiseitig wirkenden Längenausgleichselement 28. Das'Längenausgleichselement 28 ist mit dem Ventil 12 fest verschraubt. Der Kolben 24 ist durch eine überwurfmutter 29 über die Führungshülse 30 mit dem Anker 17 relativ zum'Ventil verschiebbar befestigt.

Figur 4 zeigt eine elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung mit einem einseitig wirkenden Längenausgleichselement 29 ₍ das über einen Deckel 31 mit der Führungshülse 30 und dem Ventil 12 kraftschlüssig verbunden ist, so daß nur Druckkräfte übertragen werden können.

Figur 5 zeigt ein. einseitig wirkendes Längenausgleichselement. Das hydraulische Längenausgleichselement, bestehend aus einem Zylinderbauteil 32, und einem Kolbenbauteil 33 wird durch einen Balg 34 zwischen dem Zylinderbauteil 21 und dem Kolbenbauteil 33 gas- und'flüssigkeitsdicht verbunden, so daß weder Flüssigkeit austreten noch Schadstoffe eindringen können. Die gegeneinander gleitenden Mantelflächen 35 des Kolbenbauteils 33 und des Zylinderbauteils.32 sind gleichzeitig als Führungs- und Dichtflächen ausgeführt. Die Ab^ dichtung des Druckraumes 36 gegenüber dem Leckflüssigkeitsraum. 37 und dem Flüssigkeitsreservoir 38 wird durch eine dünnwandige Verlängerung 39 der unteren Kolbenkante erreicht. Die Leckflüssigkeit kann durch eine öffnung 40 in der Kolbenwand in das Flüssigkeitsreservoir 38· zurückströmen, in dem ein gasgefüllter Balg 41 als Druckspeicher und Volumenausgleichselement enthalten und mit dem oberen Kolbenboden fest verbunden ist. Der Kolbenboden 4 2 besteht aus einem Drehteil zur Aufnahme einer Abströmbohrung 43 und eines federbelasteten Rückschlagventils 44, Der Federkäfig 45, auf dem sich die Federl46 abstützt, die die Bohrung 47 über eine Kugel 48 verschließt, ist im Kolbenboden zentriert urid wird durch die Feder 49 kraftschlüssig am Kolbenboden

gehalten. Die obere. Stirnfläche 50 des Zylinders dient als Endanschlag für eine ,maximal mögliche Stauchung des Längenausgleichselementes. Das Kolbenbauteil 33 ist oberhalb der Dichtlippe 39 mit einer Ringnut 51 versehen, die üb.er eine Verbindung 52 mit dem Leckflüssigkeitsraum 3 7 verbunden ist. ,

In Figur 6 ist ein zweiseitig wirkendes Längenausgleichselement dargestellt.

Das Längenausgleichselement besteht aus einem zweiseitig wirkenden Kolben 24 und zwei Zylinderbauteilen 53.un.d 54, die über Distanzhalter 55 starr miteinander verbunden sind. Der Kolbeh 24 ist.über die beiden Bälge 56 und 57 mit den Zylinderbauteilen 53 und. 54 gas«- und flüssigkeitsdicht verbunden, so daß weder Flüssigkeit austreten noch Schadstoffe eindringen können. Die gegeneinander gleitenden Mantelflächen 58 und 59 sind gleichzeitig als.Führungs- und Dichtflächen ausgeführt. Die Kolbenböden 60 und 61 schließen mit den Zylinderbauteilen 53 und 54 Flüssigkeitsvolumina 62 und 6 ein, die über die Uberströmbphrungen 64 und 65 in das Flüssigkeitsreservoir 66 abfließen können. Die als dünnwandige Verlängerungen der Kolbenkanten, ausgeführten Dichtlippen 6 und 68 verhindern ein Abfließen der Flüssigkeit über die Dichtspalte. 58 und 59.in die Leckflüssigkeitsräume 69 und 70, wobei die Dichtwirkurig durch Ringnuten 71 und 72, die über Abfließnuten 73 und 74 mit den Leckflüssigkeitsräumen 69 Λχαά 70 verbunden sind, unterstützt wird.

Ein nicht, vermeidbarer geringer Leckflüssigkeitsstrom kann über die Rückströmöffnungen 75 und 76 in das Flüssigkeitsreservoir zurückströmen. Der Kolbenboden 61 nimmt ein Rückschlagventil 77 auf., dessen Federkäfig 78 durch eine Feder 79 mit dem Kolbenboden kraftschlüssig verbunden ist. Die Feder 80 im Flüssigkeitsvolumen 62 stützt sich auf den Zylinderbauteil 53 und dem Kolbenboden 60 ab.

Pigur 7 zeigt einen Ausschnitt der elektromagnetisch arbeitenden Stelleinrichtung mit dem Elektromagneten 1, dem Anker 17, der Schraubenfeder 19 und der Spulenabdeckung 5. Die ringförmigen Elemente 82 und 83 sind aus nicht magnetischem elastischem Material und gasdicht mit dem Elektromagneten 1 verbunden. Durch die Abblaseöffnung 84 kann das komprimierte Gas entweichen, so daß der Anker' 17 gedämpft zur Anlage kommen kann.

Figur 8 zeigt ebenfalls einen Ausschnitt aus der elektromagnetisch arbeitenden Stelleinrichtung. Der Raum für das eingeschlossene Gasvolumen wird nicht völlig dicht abgeschlossen, sondern es werden durch spezielle Gestaltung des Ankers 17, der Hülse 85, des Elektromagneten 1 una der Zentrierscheibe 20 definierte Spalte gebildet, über die das komprimierte Gas abströmen kann. ■ .

In Figur -g! und Figur io sind weitere Ausgestaltungen des Kolbenbodens vergrößert dargestellt.

Im folgenden wird zunächst die Funktionsweise der einseitig und zweiseitig wirkenden Langenausgleichselemente beschrie-ben und anschließend deren Einsatz in elektromagnetisch arbeitenden Stelleinrichtungen'. . ·

Wirkt auf das Langenausgleichselement nach Figur 5 eine äußere Kraft, so entsteht schon bei kleinen Wegdifferen?en zwischen Kolbenbauteil 33 und Zylinderbauteil 32 im ^;Flüssigkeitsraum 36 ein hoher Druck, durch den die Dicht!.ippe.. 39 der unteren Kolbenkante an die Zylinderwand gepreßt wird, so daß der Elüssigkeitsraum 36 an den Dichtflächen 35 nahezu dicht abgeschlossen wird.

über eine Ringnut 51 und eine Verbindungsnut 52 kann auch · bei schnellen Belastungsänderungen die zwischen den Führurigsflächen befindliche Hydraulikflüssigkeit schnell abtransportiert werden, so daß sich die erforderliche Druck-

Differenz für das Anpressen der Dichtlippe 39 spontan einstellt. Da auch das Rückschlagventil 44 sperrt und über die Abströmbohrung 43 nur sehr geringe Mengen Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckraum 36 in das Flüssigkeitsreservoir 38 abfließen können, sind Wegänderungen bei Krafteinwirkung nur in sehr geringem flaße möglich.

Der nicht völlig zu vermeidende geringe Leckflüssigkeitsstrom gelangt über die Bohrung 40 in das Flüssigkeitsreservoir 38, welches so groß ausgebildet ist, daß sämtliche aus dem Druckraum 36 verdrängte Flüssigkeit aufgenommen werden kann, indem das Gasyolumen im Balg 41 entsprechend komprimiert wird. Bei.einer Entlastung des Längenausgleichselementes gleicht die Feder 49 Längendifferenzen aus, indem sie den Kolben 33 aus dem Zylinder 32 heraus bewegt, bis sich ein Kräftegleichgewicht mit den angreifenden äußeren Kräften einsteilt. Dabei sorgen das nun öffnende Rückschlagventil 44 und ein geringer Überdruck im Flsüsigkeitsreser.voir 38 für einen raschen Flüssigkeitsaustausch μηα. damit für ein schnelles Einnehmen der neuen, durch das Kräftegleichgewicht bestimmten Position. Die maximale Auslenkung des Längenausgleichselementes ist durch die maximal mögliche Längung des Balges 34 festgelegt. Ein von außen eingeleitetes Drehmoment wird von dem Balg 34 aufgenommen. Damit diese Beanspruchung gering bleibt, wird mindestens eine Stirnfläche 53 so ausgebildet, daß die angreifenden Kräfte kein großes Drehmoment ausüben Können.

Die Wirkungsweise des in Figur 6 dargestellten Längenausgleichselementes ist abhängig von der Richtung der einwirkenden äußeren Kraft. Wird über den Bund 23 eine äußere Kraft auf den Kolben 24 in Richtung auf das Zylinderbauteil 54 eingeleitet, so entsteht schon bei kleinen Wegdifferenzen zwischen Kolben 24 und Zylinderbauteil 54 im Druckraum 63 ein hoher Druck, durch den die Dichtlippe 39 an die Zylinderwand gepreßt wird, so daß der Druckraum 63 an den Dichtflächen 59 nahezu dicht abgeschlossen wird. Da auch das Rückschlagventil 77 durch den anstehenden Druck im Druckraum 63 ein Abfließen der Flüssigkeit in das Flüssigkeitsreservoir 66 verhindert,.kann die· Flüssigkeit aus dem Druckraum 63 nur über die tiberströmbohrung 64 entweichen, so daß ein kontrolliertes gesteuertes Einsinken des Kolbens 24 in das-Zylinderbauteil 54 durch entsprechende Auslegung und Gestaltung der Uberströmbohrung 64 möglich ist. Die dichtende Wirkung der Dichtlippe 68 wird durch eine Ringnut 72 erhöht, indem die im Dichtspalt 59 befindliche Flüssigkeit über eine Abflteßnut 74 schnell abtransportiert wird,, so daß sich die für die dichtende Wirkung der Dichtlippe "much bei schneiten. Belastungsänderungen spontan einstellt. Der nicht vermeidbare Leckflüssigkeitsstrom kann durch die Rückströmöffnung 76' in das Flüssigkeitsreservoir 66 zurückfließen. Während der Bewegung des Kolbesn 24 in Richtung Zylinderbauteil 54 kann Flüssigkeit, aus dem Flüssigkeitsreservoir 66 über die Überströmbohrung 65 in den Druckraum 62 abfließen. Zum Ausgleich von Druck- und VolumensSchwankungen enthält das Flüssigkeitsreservoir einen gasgefüllten Balg 81. Wirkt eine Kraft in der beschriebenen Weise auf das Ausgleichselement, so treten in Abhängigkeit von der einwirkenden äußeren Kraft und der Zeit nur geringe. Wegänderungen auf.

Kehrt· sich die Kraftwirkung um, wird also der Kchlben in das Zylinderbauteil. 53 hineinbewegt, so sorgt die Uberströmbohrung 65 im Kolbenboden 60 für ein schnelles Abfließen der

* erforderliche Druckdifferenz

Flüssigkeit aus dem Druckraum 62 in das Flüssigkeitsreservoir 66, so daß der Druck im Druckraum 62 nur geringfügig ansteigt. Der Druck ist aber ausreichend, um ein Abdichten der Dichtspalte zu erreichen, so daß das Einsinken des Kolbens über die Abströmöffnung kontrolliert gesteuert werden kann. Das Rückschlagventil 77 im Kolbenboden 61 öffnet und sorgt damit für einen Flüssigkeitsaustausch zwischen Flüssigkeitsreservoir 66 und Druckraum 63. Bei dieser Belastung des Ausgleichselementes treten in Abhängigkeit von der einwirkenden äußeren Kraft und der Zeit relativ große Wegänderungen auf.

Figur 1 zeigt .eine.elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung mit zweiseitig wirkendem Längenausgleichselement ,21. Das Längenausgleichselement 21 positioniert während des Betriebes den Elektromagneten 1. so,, daß die auftretenden Längenänderungen zwischen den Polflächen des Ankers 17 und dem Ventilteller des Ventils 12 dem Abstand zwischen den Polflächen des Elektromagneten 1 und dem Ventilsitz entspricht. Dazu wird das Ausgleichselement 21 so eingebaut, daß der Druckraum 63 in Figur 1 oben liegt.

Für den Zeitraum, in dem der Elektromagnet abgeschaltet ist, bewirkt die größere.VKraft der Feder 19 gegenüber der Feder 79, daß der Elektromagnet,1 zusammen mit der Vorspanneinrichtung, gegenüber dem Gehäuse 7 nach oben verschoben wird, wobei die Flüssigkeit aus dem Druckraum über die Überströmbohrung 64 dosiert abfließt. Beim Wiedereinschalten des Elektromagneten 1 und der Annäherung des Ankers 17 überwiegen die elektromagnetischen Kräfte die Kräfte der Feder 19, so daß der Elektromagnet 1 gemeinsam mit der Vorspanneinrichtung

bis zur Anlage auf den Anker 17 gezogen wird, wobei sich das Ventil 12-durch die Federkraft der Feder 14 im Sitz befindet. Die Bewegung des Elektromagneten 1 gemeinsam mit der Vorspanneinrichtung nach unten wird durch das nun öffnende Rückschlagventil 77 und die strömungsgünstig gestaltete Überströmbohrung, 65 begünstigt und durch die größere Kraft der Feder 79 gegenüber der .!Feder 80 unterstützt. Das-gewünschte Zeitverhalten, des Positioniervorganges kann durch entsprechende Auslegung des Rückschlagventils 77, der Überströmbohrungen 64 und 65 sowie der Federn 79,UiId 80 eingestellt werden.

Figur 2 zeigt.eine entsprechende elektromagnetisch arbeitende Stellvorrichtung mit einseitig wirkendem Ausgleichselement 26, das so eingebaut ist, daß der Druckrauin 36 in Figur 2 oben liegt. Im abgeschalteten Zustand des Elektromagneten 1 sinkt das Kolbenbauteil 33 entsprechend der aus dem Druckraum 36 über die Abströmbohrung 43 abgeflossenen Flüssigkeit in das Zylinderbauteil infolge der größeren Kraft der Feder Ί9 gegenüber der Kraft der Feder 49 ein, so daß der Elektromagnet 1 mit der Vorspanneinrichtung nach oben verschoben wird. Wird der Elektromagnet wieder eingeschaltet, so können vom Ausgleichselement keine Kräfte auf den Elektromagneten übertragen werden. Durch die Feder 49 wird die aufgetretene Längendifferenz schnell ausgeglichen, da das Rückschlagventil öffnet, so daß ein schnelles überströmen der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir 38 in den Druckraum 36 erfolgt.

Figur .3 zeigt eine elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung mit zweiseitig wirkendem Längenausgleichselement 28. Das Längenausgleichselement 28 gleicht im Unterschied zu den abgebildeten Stelleinrichtungen in Figur 1 und 2 den Abstand zwischen den Polflächen des Ankers und dem Ventilteller, dem Abstand zwischen Polflächen des Elektromagneten und dem Ventilsitz an. Das langenausgleichselement ist so eingebaut, daß der Druckraum 63 in Figur 3 unten liegt.

33Ί Ί ZbU

Wird der Elektromagnet 1 ab- und der Elektromagnet 2 eingeschaltet, so wird durch die Feder 19 das Ventil 12 und das Längenausgleichselement 28 beschleunigt und in die Schaltposition !'geöffnetes Ventil" gebracht und dort gehalten, indem der Anker 17 durch den Elektromagneten 2 in geöffneter Position gehalten wird, so daß die Lage des Kolbens 24 in bezug auf den Elektromagneten 2 festgelegt ist. Der beschleunig enden Kraft der Feder 19, die über das Längsnausgleichselement 28 auf das· Ventil wirkt, -stehen die Trägheitskraft des Ventils und die Federkraft der Feder 14 gegenüber. Da das Rückschaltventil sperrt, strömen über die Abströmbohrung 64 nur geringe Mengen öl vom Druckraum 63 in das Flüssigkeitsreservoir 66, so daß nur sehr geringe Relativbewegungen zwischen Anker 17 und Ventil 12 möglich sind, so daß das Ventil in der gewünschten Weise öffnet. Der Anker 17 gelangt durch die in Figur 7 oder Figur 8;^- beschriebenen Ausführungen ged-ämpft an den Anschlag des Elektromagneten 2, wobei der Trägheitskraft des Ventils nuj: ein geringer Strömungswiderstand des strömenden Öls über das in dieser Richtung nicht sperrende Rückschaltventil- 77 entgegensteht, so daß die Bewegung des Ventils 12 über den bei starrer Verbindung von Anker 17 und Ventil 12 möglichen maximalen Hub hinausgeht. Für dein Zeitraum, in dem der Anker von dem Elektromagneten 2 gehalten wird, wirkt anschließend die gespannte Feder .14 über den Federteller 15, die Ventilkegelstücke 16 und das Ventil 12 auf das Längenausgleichselement 28, so daß bei jetzt sperrendem Rückschlagventil 77 nur geringe Mengen öl aus dem Druckraum 63 über die Rückströmbohrung 64 in das Flüssigkeitsreservoir 66 strömen und die Feder 14 dadurch das Ventil wieder in eine Position nahe der Position bei starrer Verbindung von Anker und Ventil bringt. Wird nun der Elektromagnet 2 aus- "und der Elektromagnet 1 eingeschaltet, so wird durch die Feder 14 das Ventil mit dem Längenausgleichselement 28 in' die in Figur 3 gezeigte Schaltposition gebracht und in dieser vom Elektromagneten 1 gehalten.

Durch entsprechende Auslegung der überströmbohrung 64 wird, erreicht, daß sowohl das Ventil 12 als auch.der Anker 17 nahezu gleichzeitig gedämpft im Sitz bzw. am Elektromagneten 1 zur Anlage kommen. In der gezeigten Schaltposition ist der Kraftfluß zwischen Elektromagnet 1 und der· Feder 19 über den Anker 17, die Zentrierhülse 20 und den Kolben 9 geschlossen, wobei das Anziehen des Ankers durch die Strömungsbegünstigende· Ausbildung der.Überströmbohrung 65 und'das Rückschlagventil gegen einen geringeren Strömungswiderstand erfolgt. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen· Anker 17 und Führungshülse .31 wird durch die höhere Federkraft der Feder 79 gegenüber der. Feder 80 erreicht, wobei die Feder 79 sich auf dem Ventil 12 abstützt, das durch die höhere Kraft.der Feder 14 gegenüber der Feder 79 im Sitz gehalten.wird.. So können die während des Betriebes auftretenden axialen Längenänderungen des •Ventils kompensiert werden.

Figur 4 zeigt eine elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung mit einem einseitig wirkenden ' Längenausgleichselement .28, Das Längenausgleichselement*übernimmt die gleiche Aufgabe wie das in Figur 3 beschriebene Längenausgleichselement. 28. Das Längenausgleichselement 28 wird so eingebaut, daß.der Druckraum 36 in Figur 4 unten liegt.

Der öffnungsvorgäng verläuft entsprechend dem oben beschriebenen für das Längenausgleichselement 28. Längenänderungen während der Betätigung der Stellvorrichtung, die zu einer Längung des Längenausgleichselementes 29 führen, könnennnicht verhindert oder beeinflußt werden, da keine Zugkräfte von dem Längenausgleichselement 29 übertragen werden können. Diese Längendifferenzen ..werden durch die Feder 49 innerhalb des Längenausgleichselementes 29 ausgeglichen..

In Figur "7 und Figur 8 s,ind Ausführ.ungsbeispiele einer Anschlagdämpfung für elektromagetisch arbeitende Stelleinrichtungen dargestellt.

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Der Anker 17 bewegt sich- zunächst ungehindert auf den Elektromagneten 1 zu, bis die elastischen Dichtringe 82 und 83 den Anker 17 berühren und dadurch mit der EoIflache des Ankers 17, der Polfläche des Elektromagneten 1 und der Spulenabdeckung'- 5 einen Raum bilden, in dem ein Gasvolumen dicht eingeschlossen wird. Ab dem BerührZeitpunkt wird der Bewegungsvorgang durch die Kompression des eingeschlossenen Gases beeinflußt, so daß sich ein-gedämpftes Aufsetzen.des Anketfs 17 auf dem Elektromagneten 1 einstellt. Die Dichtringe sind dabei so ausgelegt, daß sie im..wesentlichen eine abdichtende, aber keine dämpfende Punktion Übernehmen.

In der in Figur 8 dargestellten Ausführung sind das dämpfende Gasvolumen nicht völlig dicht eingeschlossen, sondern durch spezielle Gestaltung des Ankers 17 der Hülse 85 und der Zentrierscheibe 20 so gebildet, daß.bei einer Annäherung des Ankers 16 an den Elektromagneten 1.sich verengende Spalte ergeben, die ein Abströmen des komprimierten Gases mit zunehmender Annäherung zunehmend behindern. ...

Die hier beschriebene Anschlagdämpfung für elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtungen sind grundsätzlich geeignet, bei allen Elektromagneten, Relais oder ähnlichen Vorrichtungen, bei denen ein .oder mehrere, senkrecht zu den PoIf!lachen bewegte Bauteile durch elektromagn. - oder andere' Kräfte in eine oder mehrere Positionen gebracht oder gehalten werden können, ein gedämpftes Auftreffen der. bewegten Bauteile auf den Polflächen zu realisieren.

Werden die Längenausgleichselemente nach Figur 5 und'Figur 6 in elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtungen nach. Figur und Figur 4 eingebaut, so werden die Längenausgleichselemente erheblichen Beschleunigungen ausgesetzt. Um die Funktionssicherheit für diese Anwendungsfälle zu gewährleisten, sind eventuell

be· sondere Gestaltungen des Rückschaltventils erforderlich.

In Figur 9 und Figur 10 sind Ausgestaltungen des Kolbenbodens für diesen Anwendungsfall vergrößert dargestellt.

Das Rückschlagventil in Figur 9, bestehend aus einer Kugel 86, auf die die Feder 87 wirkt, die von einem Stopfen 88 vorgespannt wird, ist so angeordnet, daß die Bewegungsrichtung des Rückschlagventils senkrecht zur Wirkungslinie der Beschleunigungen des Ventilspielausgleichselementes liegt, so daß ein unkontrolliertes öffnen des Rückschlagventils durch geringere Auswirkungen der Beschleunigungskraft auf die Kugel vermieden werden kann.

Figur 10 zeigt eine beschleunigungsneutrale Ausführung des Rückschlagventils. Das Rückschlagventil, bestehend aus einer Kugel 89, die mit einer Führung 90 über ein zylindrisches Bauteil 91 verbunden ist, und einem .zy-■ lindrischen Dorn 92 schließt durch eine Feder 93 belastet, die sich auf einem Stopfen 94· abstützt, das Flüssigkeitsreservoir 95 gegenüber dem Druckraum 96 ab. Die Bauteile des Rückschlagventils sind so bemessen,· daß bei den vorwiegend auftretenden Beschleunigungen des Ventilspielausgleichselementes senkrecht zur Bewegungsrichtung des Rückschlagventils das Massenträgheitsmoment des Doms 92 mit dem Massenträgheitsmoment von.Kugel 89 und Bauteil 91 in bezug auf die Führung 90 gleich groß sind, so daß durch die Beschleunigung des Rückschlagventils am Ventilsitz keine Reaktionskräfte auftreten. Im Ventiltraum 97 herrscht über die Verbindung 98 immer das gleiche Druckniveau'wie im Druckraum 96, ' ■

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Claims

. FRIEDRICH B. FISCHER *5OOO KÖLN *5O PATENTANWALT SAARSTRASSE 71 FEV Forschungsgesellschaft P 8382 für Energietechnik und Dr.F/Wi Verbrennungsmotoren mbH Augustinergasse 2 Aachen Vorrichtung für elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtungen Ansprüche

1.j Vorrichtung für elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtungen für Verdrängungsmaschinen mit einem schwingungsfähigen Feder-Masse-System, das in den jeweiligen Endpositionen der maximalen Schwingungsauslenkungen durch Elektromagnete gehalten werden kann, so daß sich mindestens zwei diskrete Schaltpositionen ergeben,

dadurch gekennzeichnet, daß der Anker und die Elektromagneten als Teil einer Dämpfungseinrichtung ausgelegt sind, wobei gleichzeitig einer oder beide Elektromagnete durch die Verwendung von hydraulisch arbeitenden Längenausgleichselementen derart mit dem Gehäuse verbunden sind, daß der Abstand zwischen Ventilsitz und Polfläche der oder des Elektromagneten dem Abstand zwischen Ventilteller und der oder den Polflächen des Ankers angeglichen wird, so daß die Annäherung des Ankers an den Elektromagneten und die Annäherung des Ventils an den Sitz in gleicher Weise gedämpft erfolgt.

2. Vorrichtung für elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtungen für Verdrängungsmaschinen mit einem schwingungsfähigen Feder-Masse-System, das in den jeweiligen Endpositionen der maximalen Schwingungsauslenkungen durch Elektromagnete gehalten werden kann, so daß sich mindestens zwei diskrete Schaltpositionen ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker und die Elektromagnete als Teil einer Dämpfungseinrichtung ausgelegt sind, wobei gleichzeitig der Anker durch Verwendung von hydraulisch arbeitenden Längenaus-

gleichselementen mit dem Ventil so verbunden ist, daß der Abstand zwischen Ventilteller und der oder den Polflächen des Ankers dem Abstand zwischen Ventilsitz und den Polflächen der oder des Elektromagneten angeglichen wird, so daß die Annäherung des Ankers an den Elektromagneten und die Annäherung des Ventils an den Sitz in gleicher Weise gedämpft erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Längenausgleichselement mit Druckraum gas- und flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist und ein Flüssigkeitsreservoir zur Auffüllung des längenausgleichenden Druckraumes enthält.

4. Vorrichtung■nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsreservoir in dem hohl ausgeführten Kolbenbauteil einer Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem Kolbenbauteil und einem Zylinderbauteil untergebracht ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinander gleitenden Flächen des Zylinderbauteils und des Kolbenbauteils die Führung der beiden Teile gegeneinander übernehmen und einen Dichtspalt bilden,

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kante des Bodens des Kolbenbauteils eine zylindrische dünne Verlängerung aufweist, deren Außendurchmesser dem des Kolbenbauteils entspricht, und die sich unter dem Betriebsdruck der Hydraulikflüssigkeit im Druckraum so aufweitet, daß sie zur festen Anlage an der Zylinderfläche kommt und dadurch den Druckraum gegenüber dem Dichtspalt abdichtet.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-6,

dadurch gekennzeichnet, daß im Flüssigkeitsreservoir ein gasgefüllter Druckspeicher untergebracht ist, der den Druck im Flüssigkeitsreservoir nahezu konstant hält.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-7,

dadurch gekennzeichnet, daß ein zum gas- und flüssigkeitsdichten Abschluß der Kolben-Zylinder-Anordnung verwendeter Balg so bemessen ist, daß er eine ausreichende mechanische Festigkeit besitzt, um eine Längenausdehnung des hydraulischen Ausgleichselementes innerhalb der zulässigen Grenzen zu halten und durch auftretende Drehmomente zwischen dem Zylinderbauteil und dem Kolbenbauteil nicht beschädigt zu werden.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-8,

dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum mit dem Flüssigkeitsreservoir über eine Abströmbohrung verbunden ist.

10. Vorrichtung nach.einem der Ansprüche 3-9,

dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir über ein Rückschlagventil rasch in den Druckraum fließen kann.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-10,

dadurch gekennzeichnet, daß der Leckstrom aus dem Dichtspalt über eine Öffnung in dem Kolbenbauteil in das Flüssigkeitsreservoir zurückströmen kann.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-11,

dadurch gekennzeichnet, daß die für das Anpressen der zylindrischen dünnen Verlängerung erforderliche Druckdifferenz auch bei schnellen Belastungsänderungen dadurch erzielt wird, daß oberhalb der zylindrischen dünnen Verlängerung eine Ringnut angebracht ist, die mit dem Flüssigkeitsreservoir verbunden ist, so daß

die Flüssigkeit aus dem Dichtspalt schnell abgeführt und damit der Druck hinter der zylindrischen dünnen Verlängerung schnell abgebaut wird.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-12,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Stirnfläche des Zylinderbauteils und/oder des Kolbenbauteils so ausgebildet ist, daß die Abstützkräfte durch eine zentrale Abstützfläche mit kleinem Außendurchmesser aufgenommen werden.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-13,

dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil im Boden des Kolbenbauteils so angeordnet ist, daß die Bewegungsrichtung des Rückschlagventils nicht mit der Hauptbeschleunigungsrichtung des Längenausgleichselementes übereinstimmt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-14,

dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil im Boden des Kolbenbauteils beschleunigungsneutral angeordnet ist, so daß infolge der Beschleunigungen des Ventilspielausgleichselementes keine Kräfte an den Dichtflächen zwischen Ventil und Ventilsitz auftreten.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-15,

dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile eines oder mehrerer Elektromagneten so gestaltet sind, daß mindestens die senkrecht zur Bewegungsrichtung liegenden Komponenten der Polflächen Teile eines Raumes sind, der das wirksame Volumen eines pneumatischen Dämpfers einschließt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-16,

dadurch gekennzeichnet, daß relativ zueinander bewegte Teile des bzw. der Elektromagneten so ausgebildet sind, daß ein Gasvolumen während des gesamten oder eines Teils der Bewegungsstrecke eingeschlossen wird.

18.. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen des Dämpfungsvolumens parallel zur Bewegungsrichtung durch parallele oder annähernd parallele Oberflächen von Bauteilen gebildet werden, so daß das Dämpfungsvolumen in diesem Bereich durch parallele oder annähernd parallele konstant oder nicht konstant breite Dichtspalte von Oberflächenpaarungen gebildet wird.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-18,

dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen des Dämpfungsvolumens parallel zur Bewegungsrichtung aus festen oder elastischen Werkstoffen bestehen.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-19,

dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtspalte, die durch die Flächenpaarungen parallel zur Bewegungsrichtung gebildet werden, in Abhängigkeit des Hubes verschiedene Formen und Größen der Querschnittsflächen für das Abströmen des eingeschlossenen Gases bilden.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-20,

dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen parallel zur Bewegungsrichtung aus elastischen Werkstoffen derart ausgebildet sind, daß eine spaltfreie Abdichtung des Gasvolumens erreicht wird.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-21,

dadurch gekennzeichnet, daß feste unveränderliche Abströmöffnungen in allen das Gasvolumen einschließenden Bauteilen vorhanden sind.

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23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-22,

dadurch gekennzeichnet, daß feste unveränderliche Abströmöffnungen in Bauteilen ausgebildet sind, die im Verlauf der Bewegungsstrecke an anderen Bauteilen vorbeigleiten, so daß die Abströmöffnungen in Abhängigkeit des Hubes verschiedene Formen und Größen annehmen.